在美国ASMS大会上，添加了离子淌度（ion mobility）的4D蛋白质组学技术成为了焦点（详情可点击：2019年ASMS大会首日剪影，基于离子淌度的4D蛋白质组技术闪亮登场）。继2018年底，Matthias Mann从硬件革新的角度阐释了其巨大的潜力之后[1]，今年5月27日同样来自马普研究所的Jurgen Cox组发表了关于4D label-free的shotgun定量方法，通过四维对齐的方式显著减少了missing value，并提高了定量的准确性[2]。仅仅几天之后的5月31日，Matthias Mann和Reudi Aebersold组又联合在bioRxiv上发布了新的数据非依赖采集的4D lable-free定量方式——diaPASEF[3]，并在随后的ASMS大会上进行了展示(图1)。

 图1 在ASMS大会上关于4D label-free的diaPASEF方法的报告

Shotgun(也被称为DDA)是目前广泛使用的蛋白质组学方法，随着软硬件技术的发展，其在检测深度、通量和定量准确性方面都取得了巨大的进步，并在临床样本的分析中取得了诸多应用。然而， DDA方法因为其采集的随机性导致了其在定量重复性上的巨大挑战。相反，采用分段式采集的DIA的思路则解决了随机性的问题，并在重复性上有着出色的表现。然而传统DIA也有其本身的困境：其分段式采集导致了谱图的复杂性极高，给后续的分析带来巨大难题。缩窄采集窗口可以降低这种复杂性的问题，但是会继而导致cycle time的增加并降低离子利用率。

4D蛋白质组技术不论对DDA还是DIA的方式，都能够带来革命性的进步。在DDA方面，通过4D对齐的方式，MBR-ddaPASEF技术显著降低了missing value的问题[2]。而在DIA采集模式下，diaPASEF技术能够实现几乎完全的离子利用率，并在检测深度和定量准确性方面有出色的表现。其基本原理如下：在4D蛋白质组中，离子淌度维度和m/z维度是有一定相关性的，例如高的m/z对应着低的ion mobility。利用这个特点，可以采用与之匹配的步进式扫描，来采集近乎完全的母离子进行后续碎裂(图2)。在完成信号采集之后，作者还在OpenSWATH的基础上开发了Mobi-DIK软件包来进行数据的分析。

  图2 在diaPASEF中的采集窗口移动示意图

那么，这种4D环境下的新的定量方法，在复杂样品的分析中实际表现如何呢？ 作者使用diaPASEF对Hela细胞的裂解液进行了分析 (图3) 。从图3左侧可以看到，diaPASEF对2或3电荷的母离子进行了几乎完全的采集。而从图3的右侧可以看出，使用200ng样品，120min梯度情况下，共检测到7,565个蛋白，其中6,974个蛋白在三次重复中被共同定量到(占比92%)，在蛋白水平的CV值中位数为11.5%，展现出良好的重复性。

图3 使用diaPASEF对Hela细胞的分析结果展示

diaPASEF和前几天提出的MBR-ddaPASEF，分别从不同的角度入手，显著改善了传统DIA和DDA中面临的问题。这两种方法都充分利用了第四维ion mobility的信息，实现了更加specific的匹配，在扩大检测深度的同时提高了准确性，体现了4D label-free定量方法的强大能力，并且在大规模队列样本分析中有广阔的应用前景。

参考文献

1. Florian Meier, et al., 2018, Online Parallel Accumulation–Serial Fragmentation (PASEF) with a Novel Trapped Ion Mobility Mass Spectrometer. Molecular & Cellular Proteomics.

2. Nikita Prianichnikov, et al., 2019, MaxQuant software for ion mobility enhanced shotgun Proteomics. BioRxiv.

3. Florian Meier, et al., 2019, Parallel accumulation – serial fragmentation combined with dataindependent acquisition (diaPASEF): Bottom-up proteomics with near optimal ion usage. BioRxiv.

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